高光谱植物长势监测
在现代农业与植物科学研究领域,精准监测植物长势对于作物育种、栽培管理及产量预测至关重要。高光谱技术凭借其对植物生理生化信息的高分辨率捕捉能力,成为植物表型研究与长势监测的前沿技术手段。
自动化控制技术则保障了系统的高通量运行。基于 PLC(可编程逻辑控制器)与伺服电机驱动的机械臂系统,可实现高光谱相机、RGB 相机及激光雷达等多传感器的协同运动,对温室种植的植物进行、多角度的动态扫描。系统的自动化控制还体现在环境参数调控方面,通过温湿度、光照强度、CO₂浓度等传感器实时采集环境数据,结合预设的植物生长模型,自动调节温室环境,为植物生长创造条件。
在室外复杂环境下,植物生长受光照、气候等因素影响更为显著,对植物表型监测技术提出了更高要求。针对室外辣椒植物(Capsicum annum L.)的生长监测,本研究提出了基于运动恢复结构(Structure from Motion, SfM)算法与高光谱成像的 3D 生长监测无损解决方案。
图像采集方案、采集的样本图像
采用多传感器协同采集策略,系统集成高光谱相机(光谱分辨率 3nm,空间分辨率 500 万像素)、RGB 相机与 GNSS/IMU 组合导航模块。在数据采集过程中,利用无人机搭载传感器对试验田辣椒植株进行多航带、多角度飞行拍摄。飞行高度设定为 2 - 5 米,确保图像覆盖完整且具有足够分辨率。为降低光照变化对数据采集的影响,选择在上午 10 点至下午 2 点的时段进行采集,并通过漫反射板进行光谱辐射定标,保证不同时间采集数据的一致性与可比性。
运动恢复结构(SfM)与多视图立体匹配(Multi-View Stereo, MVS):对采集的多视角图像序列,首先利用 SIFT、ORB 等特征提取算法提取图像特征点,通过特征匹配算法建立同名点对应关系。基于运动恢复结构算法,求解相机运动参数与场景稀疏点云模型,再通过多视图立体匹配算法,将稀疏点云扩展为密集点云模型,最终生成高精度的辣椒植株 3D 点云数据。
点云处理与模型分割:对生成的 3D 点云数据,采用直通滤波、体素滤波等方法去除噪声点与冗余数据,通过基于欧式距离聚类、区域生长等算法对植物点云进行分割,分离出叶片、茎秆等不同器官。
叶片卷曲状态下的尺寸测量:针对辣椒叶片卷曲问题,提出基于曲面拟合的叶片尺寸测量方法。首先对分割后的叶片点云进行曲面重建,采用 NURBS(非均匀有理 B 样条)曲面拟合算法生成叶片曲面模型。然后通过提取叶片曲面的最长测地线与最宽测地线,计算叶片的实际长度与宽度,有效解决了叶片卷曲对尺寸测量的干扰问题。
植物性状参数提取:基于重建与分割的 3D 模型,运用几何计算与统计分析方法,自动提取叶数、茎高、叶长、叶宽等植物性状参数。通过对比不同生长阶段的参数变化,可构建辣椒植株的生长动态模型,为辣椒栽培管理与育种研究提供数据支持。
高光谱植物长势监测技术在温室与室外环境中的应用,为植物表型研究与作物生产管理带来了革命性变革。未来,随着传感器技术的不断进步、深度学习算法的持续优化以及人工智能与物联网技术的深度融合,高光谱植物长势监测技术将向智能化、精准化、实时化方向发展,在智慧农业、生态环境监测等领域发挥更为重要的作用。
以象科技作为一家由西安光机所光学博士团队、行业资深专家、光谱软件算法团队以及光学应用博士等多元专业力量共同发起创立的科技型企业,在光学技术领域展现出了非凡的潜力与强劲的实力,正逐步成为行业内的一颗璀璨新星。
其团队成员凭借深厚的学术造诣与丰富的实践经验,构建起了一座坚实的技术堡垒。西安光机所光学博士团队深入钻研光学核心原理,在光学系统的设计、优化以及创新方面持续发力,致力于打造出具有性能与高精度的光学基础架构。行业资深专家则犹如敏锐的市场领航员,他们凭借对行业发展脉络的精准把握以及对市场需求变化的前瞻性洞察,为公司的产品战略布局指明方向,确保每一款产品都能精准对接市场痛点,在激烈的市场竞争中脱颖而出。光学应用博士则专注于探索光学技术在各个实际领域的落地应用,他们深入挖掘产品在不同场景下的潜在用途,从生物医学到工业制造,从环境监测到农业科技,不断拓展产品的应用边界,让光学技术真正造福于人类社会的各个角落。
在产品层面,以象科技目前已成功投产并推向市场的可见光、近红外、短波中红外高光谱相机,无疑是其技术实力的集中体现。这不仅为国内相关行业提供了更为可靠、性价比更高的光学设备选择,还在一定程度上推动了我国光学技术自主创新的进程,提升了我国在全球光学产业价值链中的地位。
此外,公司经营的激光共聚焦、激光散斑血流成像仪、光谱仪等光学产品,也均在各自的领域内展现出了的优势与性能。激光共聚焦以其超高的分辨率和清晰的成像效果,在生物医学微观成像领域成为科研人员探索生命奥秘的得力助手;激光散斑血流成像仪能够精准地监测微循环血流变化,为医学临床诊断和疾病研究提供了重要的参考依据;光谱仪则凭借其对物质光谱特性的精确分析能力,在材料成分分析、环境污染物监测以及食品安全检测等领域发挥着作用。
以象科技秉持着集研发、生产、销售于一体的全产业链运营模式,展现出了强大的综合实力与协同效应。其研发中心坐落于西安这充满科技活力与创新氛围的城市,依托当地丰富的科研资源与人才优势,持续不断地投入大量资源进行技术研发与创新,为公司的产品迭代升级和技术突破提供了源源不断的动力源泉。
与此同时,公司精心构建的销售网络如同一张紧密交织的大网,全面覆盖全国各个地区,确保了产品能够快速、高效地触达每一位客户手中。而完善的售后服务机构则像是一位贴心的守护者,随时为客户提供多层次的技术支持与售后服务保障,让客户在使用产品的过程中无后顾之忧,进一步增强了客户对公司品牌的信任度与忠诚度。
以象科技凭借其团队、创新的产品以及完善的运营模式,在光学技术领域正稳步前行,未来有望在国内乃至全球市场上取得更为辉煌的成就,为推动光学科技的进步与应用普及做出更多的贡献。
以象科技由西安光机所光学博士团队,行业资深专家,光谱软件算法团队,光学应用博士等相关人员共同发起成立的科技型公司,目前投产市场可见光、近红外、短波中红外高光谱相机,实现国产化,突破进口技术壁垒,打破进口短波红外高光谱相机的技术限制。
以象科技是一家集研发、生产、销售于一体的科技型公司。目前经营产品有激光共聚焦,激光散斑血流成像仪,光谱仪,高光谱相机等光学产品。研发中心设立于西安,销售网络、完善售后服务机构设立覆盖全国。
以象科技作为一家由西安光机所光学博士团队、行业资深专家、光谱软件算法团队以及光学应用博士等多元专业力量共同发起创立的科技型企业,在光学技术领域展现出了非凡的潜力与强劲的实力,正逐步成为行业内的一颗璀璨新星。
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此外,公司经营的激光共聚焦、激光散斑血流成像仪、光谱仪等光学产品,也均在各自的领域内展现出了的优势与性能。激光共聚焦以其超高的分辨率和清晰的成像效果,在生物医学微观成像领域成为科研人员探索生命奥秘的得力助手;激光散斑血流成像仪能够精准地监测微循环血流变化,为医学临床诊断和疾病研究提供了重要的参考依据;光谱仪则凭借其对物质光谱特性的精确分析能力,在材料成分分析、环境污染物监测以及食品安全检测等领域发挥着作用。
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